基于5S理念的創(chuàng)新實踐平臺構(gòu)建模式

牛國成, 蘇承慧

(北華大學(xué) 電氣信息工程學(xué)院, 吉林 吉林 132021)

5S(設(shè)計、學(xué)習(xí)、管理、實踐、改善)自我成長實踐平臺是為有效提高學(xué)生設(shè)計能力、學(xué)習(xí)能力、實踐能力、管理能力和改善能力目標(biāo)而設(shè)計構(gòu)建的一種集多種基本實驗教學(xué)技術(shù)、方法及手段而構(gòu)成的綜合性實踐教學(xué)技術(shù)系統(tǒng),可適用于各類學(xué)校、教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展、生產(chǎn)規(guī)模以及自動化程度的擴(kuò)大與提高,社會各界對學(xué)生在創(chuàng)新能力、實踐能力等方面的要求越來越高。對現(xiàn)有實驗技術(shù)的系統(tǒng)性、綜合性、多功能性以及靈活適應(yīng)性等方面提出了更高的要求,而現(xiàn)有技術(shù)中不論在微觀實驗技術(shù)與裝置,還是宏觀實踐平臺或系統(tǒng),都不能很好地滿足創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實際需求[1-4]。具體存在以下缺陷：

(1) 實驗內(nèi)容比較單一,結(jié)構(gòu)元件不能共用,學(xué)科交叉度不高,不能滿足多學(xué)科綜合性、設(shè)計性實驗；

(2) 實驗設(shè)備體積過大,造成實驗室面積不足；

(3) 實驗的可設(shè)計性、可變更性、可創(chuàng)新性、可觀查性、可動手性都不高；

(4) 大部分元件以符號形式顯示,不利于學(xué)生的認(rèn)知；

(5) 許多實驗平臺是以新元件、新設(shè)備裝配構(gòu)成的,不利于學(xué)生的動手實踐；

(6) 系統(tǒng)偏于理論且集成度高,沒有很好的工程實踐切入點(diǎn)。

為此進(jìn)行了元件化、掛接式、倉儲型實踐平臺研究與實踐,取得了非常好的效果,不僅解決了本校的實際需要,還在多所院校推廣應(yīng)用。

1 平臺建設(shè)介紹

1.1 實驗平臺組成介紹

5S自我成長實踐平臺是在5S自我成長理念引導(dǎo)下設(shè)計的,以綜合提高學(xué)生的5S能力為基本目標(biāo),即設(shè)計能力、學(xué)習(xí)能力、實踐能力、管理能力、改善能力,為此采取了科學(xué)先進(jìn)、靈活多樣、系統(tǒng)高效的整體設(shè)計方案,具有綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性、個性化、多樣適應(yīng)性、空間占用少、靈活性、設(shè)備成本低、利用率高以及實驗效果好等一系列突出特點(diǎn)[5-7]。

該平臺是一個綜合實踐系統(tǒng),由學(xué)習(xí)實踐網(wǎng)絡(luò)平臺、學(xué)習(xí)實踐工作平臺、學(xué)習(xí)實踐操作平臺、學(xué)習(xí)實踐加工平臺和基本實驗條件庫構(gòu)成,其空間功能結(jié)構(gòu)布局如圖1所示：

圖1 5S自我成長實踐平臺空間功能結(jié)構(gòu)布局

(1) 學(xué)習(xí)實踐網(wǎng)絡(luò)平臺是一個專門設(shè)計開發(fā)的網(wǎng)站,具有實驗教學(xué)管理、個人管理以及公共知識管理等功能,是為學(xué)生學(xué)習(xí)和實踐提供公共以及個人管理有效工具[8]。

(2) 學(xué)習(xí)實踐工作平臺具有很好的多功能適應(yīng)性,包括多用途工作臺、計算機(jī)、必要軟件以及配套學(xué)習(xí)、設(shè)計與工作用品等；可以根據(jù)實際條件和需要自由選擇,既可以是個人公共的實驗操作平臺,也可以是個人的自我成長工作室,還可以是在需要做公共實驗時公用,沒有公共實驗時作為學(xué)生個人工作室使用,學(xué)習(xí)實踐工作臺結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 節(jié)約空間的多用途學(xué)習(xí)工作平臺結(jié)構(gòu)示意圖

(3) 學(xué)習(xí)實踐操作平臺包括壁掛式、立柱式、桌臺式和便攜式等多種。壁掛式操作平臺由網(wǎng)孔板和邊框構(gòu)成,網(wǎng)孔板可以是絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)或板網(wǎng)結(jié)構(gòu),網(wǎng)孔板嵌入邊框中并被邊框固定,邊框的四周開有若干個固定安裝孔,并通過螺栓固定在墻壁上。立柱式操作平臺由網(wǎng)孔板、邊框和立柱構(gòu)成,網(wǎng)孔板嵌入邊框中并被邊框固定,邊框以螺栓或焊接的方式固定在立柱上,立柱的下部有底座,底座上裝有腳輪或安裝固定螺孔,壁掛式節(jié)約空間的學(xué)習(xí)實踐操作臺結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 壁掛式節(jié)約空間的學(xué)習(xí)實踐操作臺結(jié)構(gòu)

(4) 學(xué)習(xí)實踐加工平臺包括機(jī)械加工臺及配套工具和設(shè)備、電子加工臺及配套工具和設(shè)備、電氣加工臺及配套工具和設(shè)備等多種,可根據(jù)學(xué)習(xí)實踐平臺的功能、內(nèi)容、規(guī)模以及空間結(jié)構(gòu)等因素綜合選擇。

(5) 基本實驗條件庫是由實驗工具庫、實驗設(shè)備庫、實驗材料庫、實驗元件庫、實驗掛件庫、實驗資料庫和實驗案例庫構(gòu)成的,元件化、掛接式、倉儲型實踐平臺結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 元件化、掛接式、倉儲型實踐平臺結(jié)構(gòu)

1.2 5S創(chuàng)新實踐平臺使用方法

5S創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐平臺的突出特點(diǎn)是具有很高的可設(shè)計性、可變更性、可創(chuàng)新性、可觀查性、可操作性、循序漸進(jìn)性以及綜合復(fù)雜性場景的模擬性,不僅可以組合實驗設(shè)備進(jìn)行不同目標(biāo)、不同層次與不同內(nèi)容的實驗,還同時具有創(chuàng)新基地模式、工程管理模式和企業(yè)運(yùn)營模式[9-10]。

1.2.1 5S創(chuàng)新實踐平臺的結(jié)構(gòu)特征

所有實驗器材采用的是元件化的,能夠讓學(xué)生方便地見到最基本的實驗元件和單元,并實踐如何使用這些元件構(gòu)建基本單元和實驗系統(tǒng)；安裝方式采用的是掛接式,采用掛板和掛件,以掛的方式連接,能夠讓學(xué)生直觀、便捷、靈活、快速地完成實驗。

實驗條件庫中所有的元件、設(shè)備、工具、資料等實驗條件,都是以倉儲的方式提供并對學(xué)生完全開放的,學(xué)生可以像在超市中購物一樣,根據(jù)自己的需要選擇,并履行借用和歸還手續(xù)；所有的實驗條件,都不是為某一個實驗或設(shè)備配置的,而是為任何一個可以使用的實驗共同設(shè)置的,最大限度地提高實驗元件與設(shè)備等的利用率,實驗資源利用率高；學(xué)生可以根據(jù)自己的喜好與特長,自定題目、自選材料、自行組織實施,充分發(fā)揮和調(diào)動學(xué)生的主觀能動性,既能培養(yǎng)學(xué)生的興趣、愛好和特長,又能增加學(xué)生的自信心和成就感。所以低成本是系統(tǒng)的實用性的重要一面,也是決定成果能否推廣應(yīng)用的重要因素,系統(tǒng)構(gòu)建廢舊物資構(gòu)建平臺的基本實驗條件庫,保證學(xué)生動手有足夠多的數(shù)量,并能承受必要的損耗；系統(tǒng)具有可持續(xù)自我發(fā)展能力的,隨著實驗與開發(fā)的不斷進(jìn)行,一些典型的實驗項目、具有鮮明創(chuàng)意的開發(fā)成果可以作為標(biāo)準(zhǔn)實驗掛件或設(shè)備,使平臺的內(nèi)容和功能在學(xué)生實驗和開發(fā)的過程中不斷地充實和拓展。

1.2.2 實驗項目的確立

實驗項目可以分為基本知識與技能融合訓(xùn)練項目、綜合性設(shè)計性實踐訓(xùn)練項目、創(chuàng)新性開發(fā)設(shè)計項目3個類型,各類項目均采取全流程仿真式進(jìn)行,從任務(wù)書下達(dá),到學(xué)習(xí)理解任務(wù)及要求、查閱資料、方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、單元制作、單元調(diào)試、系統(tǒng)裝配、系統(tǒng)調(diào)試直到總結(jié)驗收全過程,這一過程需要學(xué)生提交完整、規(guī)范的實驗項目申請報告,經(jīng)教師或?qū)嵺`基地負(fù)責(zé)人審核同意后,簽發(fā)實驗項目立項任務(wù)書。

1.2.3 實驗項目過程及管理

實驗項目及過程管理應(yīng)參照5S自我成長方法進(jìn)行,包括設(shè)計方法、學(xué)習(xí)方法、實踐方法、管理方法和改善方法等,特別是從設(shè)計、管理和改善的角度要加強(qiáng)多學(xué)生的實踐訓(xùn)練,如目標(biāo)管理、團(tuán)隊管理、時間管理、知識管理、物資管理等,這樣在實踐的過程中,學(xué)生就可以收到技術(shù)、管理與溝通等綜合能力的訓(xùn)練與提高。

1.2.4 實驗項目驗收及管理

必須重視學(xué)習(xí)實踐項目的驗收工作,并做好學(xué)習(xí)實踐項目總結(jié)、驗收及成果的管理。在這一過程中,學(xué)生需要根據(jù)任務(wù)書、項目方案與實施計劃以及實際完成情況等,做出自我評價、相互評價,最后由教師做出最終評價,學(xué)習(xí)實踐成績可以采取積分制,并制定相應(yīng)的積分辦法與標(biāo)準(zhǔn)。

2 實驗室組織方式

3個貫穿主線,包括以專業(yè)劃分為主線、以任務(wù)方向及團(tuán)隊為主線和以硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及結(jié)構(gòu)為主線[11-14]。

(1) 以專業(yè)劃分為主線,設(shè)立專業(yè)帶頭人實行高年級學(xué)生帶低年級學(xué)生的管理方式,根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)確定不同年級學(xué)生學(xué)習(xí)和實踐的內(nèi)容。

(2) 以任務(wù)方向和團(tuán)隊為主線,根據(jù)項目任務(wù),配備不同專業(yè)和能力的學(xué)生組成團(tuán)隊,由項目負(fù)責(zé)人管理組織實訓(xùn)。

(3) 以技術(shù)及結(jié)構(gòu)為主線,原本單機(jī)控制的設(shè)備,為了鍛煉學(xué)生的綜合知識技能和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),集成具有三層結(jié)構(gòu)的工業(yè)系統(tǒng),第三層大量的實驗設(shè)備為被控層,經(jīng)過本項目設(shè)計成為可任意拆分與組裝的可設(shè)計的靈活實驗對象,設(shè)計成通用接口可由控制層任意控制。智能儀器工程師做底層的嵌入式儀表開發(fā)、模塊組合設(shè)計和通信驅(qū)動設(shè)計,中層控制理論工程師研究過程控制和傳動控制的控制算法。上層由軟件工程師建立軟件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),學(xué)生一方面負(fù)責(zé)自己從事專業(yè)的學(xué)習(xí)實踐和創(chuàng)新,提供通用接口,在工業(yè)系統(tǒng)建設(shè)上分工協(xié)作,由系統(tǒng)集成工程師進(jìn)行系統(tǒng)集成?；谠?、掛接式、倉儲型5S創(chuàng)新實踐平臺的三層網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)實踐案例,如圖5所示。

圖5 三層網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)實踐案例

3 5S自我成長方式的融入提高學(xué)生綜合素質(zhì)和自我成長能力

“無為而治”是我國古代著名道家學(xué)派創(chuàng)始人老子提出的哲學(xué)思想,管是為了不管、教是為了不教,不管而高效運(yùn)行是管理的最高境界；我們無法管理看護(hù)孩子一輩子,學(xué)生的自我成長比任何教學(xué)法都重要。5S自我成長工程教育理念,由自我成長教育理念、5S循環(huán)與超循環(huán)理念和3M(做人、做事、創(chuàng)造價值)教育及人才使命觀3方面構(gòu)成,其中自我成長是成長的基本方式和路徑,5S循環(huán)與超循環(huán)是自我成長的基本方法,3M使命觀是自我成長工程教育及自我成長型工程人才的基本方向、目標(biāo)和美好愿景,是自我成長工程教育以及自我成長工程人才的總的引領(lǐng)和規(guī)范,是必須始終高高舉起的旗幟,三者是相輔相成、相互增長的關(guān)系。

在系統(tǒng)、準(zhǔn)確地把握工程、企業(yè)與學(xué)生基本需求的基礎(chǔ)上,把各方復(fù)雜的需求分為當(dāng)前需求、未來需求和價值創(chuàng)造需求3個方面,提出了“快速適應(yīng)力、自我成長力和價值創(chuàng)造力”的3F培養(yǎng)目標(biāo),其內(nèi)在機(jī)制是以快速適應(yīng)力滿足當(dāng)前需要,以自我成長力滿足未來發(fā)展的需要,以價值創(chuàng)造力滿足各利益相關(guān)方的價值創(chuàng)造需求,基于3F目標(biāo)的學(xué)生供給模型與企業(yè)需求模型及相互作用機(jī)制[15-16],如圖6所示。

圖6 基于3F目標(biāo)的學(xué)生供給模型與企業(yè)需求模型及相互作用機(jī)制圖

學(xué)生在這種模式下,自行組織實驗室的運(yùn)行與管理。形成一整套的從實驗室成員納新、培訓(xùn)、日常學(xué)習(xí)實訓(xùn)、組織團(tuán)隊承擔(dān)項目、管理團(tuán)隊的選舉與換代等工作。每個學(xué)生都以主人翁的態(tài)度承擔(dān)自己的任務(wù),具有明確的目標(biāo)和積極向上的進(jìn)取心。在5S管理模式下利用在校時間為社會做出一定的貢獻(xiàn),自行組織參與各種創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽,工業(yè)設(shè)計大賽、電子大賽,物聯(lián)網(wǎng)比賽和挑戰(zhàn)杯等。學(xué)生在校期間便從事產(chǎn)品的開發(fā)與設(shè)計工作,學(xué)生可以通過勤工儉學(xué)參與相關(guān)專業(yè)的實驗室設(shè)備維護(hù)、實驗室和教室的電氣維護(hù)等工作,同時參與教師的社會服務(wù)項目,培養(yǎng)學(xué)生能上手、敢上手的習(xí)慣,實現(xiàn)從學(xué)生到人才、從知識到技術(shù)、再到實際應(yīng)用以及價值創(chuàng)造的根本性轉(zhuǎn)變。

4 結(jié)語

本文提出的基于5S理念的創(chuàng)新實踐平臺構(gòu)建模式建設(shè)方法與運(yùn)行管理機(jī)制,可廣泛應(yīng)用于電氣信息類、機(jī)械類等高校創(chuàng)新人才學(xué)習(xí)與實際培養(yǎng)需要。平臺的建設(shè)采取了全新的5S自我成長工程教育,該平臺不僅有效地解決了現(xiàn)有創(chuàng)新實驗室、實驗設(shè)備的一系列缺陷,還具有空間占用少、建設(shè)成本低、實驗效果好等顯著特點(diǎn),可實現(xiàn)從知識結(jié)構(gòu)到人才結(jié)構(gòu)、再到學(xué)生能力形成的全方位立體培養(yǎng)。該方法用于北華大學(xué)夢之梯創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實踐基地多年,培養(yǎng)出大量的德才兼?zhèn)涞膬?yōu)秀畢業(yè)生，達(dá)到了實驗室的發(fā)展與人才成長相互促進(jìn)的良好效果。隨著學(xué)生的進(jìn)步,平臺越加完善；隨著平臺完善,學(xué)生會有更好的學(xué)習(xí)和發(fā)展空間。